氢化物原子荧光法测定五种粮食中总砷含量的不确定度评定.pdf

72 食品安全导刊 2023年8月（下）分析检测氢化物原子荧光法测定五种粮食中总砷含量的 不确定度评定侯 英，刘燕梅*，杨巧军，李丽莎，昌 琴，文支青（宜宾市产品质量监督检验所，四川宜宾 644002）摘 要：评定氢化物原子荧光法测定 5 种粮食中总砷含量的不确定度，发现在 95%的置信区间下，高粱、大米、糯米、小麦和玉米中总砷含量分别为（0.028 30.002 0）mgkg-1、（0.113 90.004 5）mgkg-1、（0.087 80.003 0）mgkg-1、（0.014 70.001 6）mgkg-1、（0.040 90.002 0）mgkg-1，其不确定度主要来自标准曲线拟合、标准溶液稀释和测量重复性。关键词：氢化物原子荧光法；总砷；不确定度Evaluation of Uncertainty in the Determination of Total Arsenic Content in Five Kinds of Grain by Hydride Atomic Fluorescence SpectrometryHOU Ying,LIU Yanmei*,YANG Qiaojun,LI Lisha,CHANG Qin,WEN Zhiqing(Yibin Product Quality Supervision and Inspection Institute,Yibin 644002,China)Abstract:To evaluate the uncertainty of determination of total arsenic content in 5 kinds of grain by hydride atomic fluorescence method.Found that with a 95%confidence interval,the total arsenic content in sorghum,rice,glutinous rice,wheat and corn was(0.028 30.002 0)mgkg-1,(0.113 90.004 5)mgkg-1,(0.087 80.003 0)mgkg-1,(0.014 7 0.001 6)mgkg-1 and(0.040 90.002 0)mgkg-1,whose uncertainty mainly comes from standard curve fitting，standard solution dilution，and measurement repeatability.Keywords:hydride atomic fluorescence spectrometry;total arsenic;uncertainty砷是一种类金属元素，广泛存在于自然界中。研究表明，砷在土壤无机污染物中居第 3 位1。砷在自然环境中难以被生物降解，可在人体的某些器官中累积，造成慢性中毒。我国是酒类产品生产大国，也是酒类产品消费大国，为了保障公众身体健康以及维护酒类行业健康发展，应尽可能将酿酒发酵过程中产生的污染物降至最低，以保障酒类产品食品安全。测量不确定度是根据所用到的信息，表征赋予被测量值分散性的非负参数2。评定测量结果的不确定度可以识别日常检测工作存在的误差，可以降低检验员与检测机构的风险。在日常能力验证及实验室间比对时，不确定度使不同的众多测量数据具有可比性3。多粮浓香型白酒以高粱、大米、糯米、小麦和玉米 5 种精细谷物为原料，本研究使用氢化物原子荧光法4测定 5 种粮食中总砷含量，参照测量不确定度评定与表示（JJF 1059.12012）2和化学分析中测量不确定度评估指南（RB/T 0302020）5评定 5 种粮食中总砷含量的不确定度，以期为测量结果提供科学、准确的依据，并分析不确定度的主要影响因素，为其他产品总砷含量测定的不确定度评定提供参考。1 材料与方法1.1 材料与试剂砷 标 准 溶 液（1 000 gmL-1，美 国 inorganic 作者简介：侯英（1981），女，四川宜宾人，本科，工程师。研究方向：食品质量与安全。通信作者：刘燕梅（1988），女，四川自贡人，硕士，高级工程师。研究方向：食品质量与安全。E-mail:。Aug.2023 CHINA FOOD SAFETY 73分析检测ventures）；硝酸（优级纯，德国默克股份两合公司）；硼氢化钾（优级纯，成都市科龙化工试剂厂）；硫脲、氢氧化钠（优级纯，上海展云化工有限公司）；盐酸、抗坏血酸（优级纯，成都市科隆化学品有限公司）。1.2 仪器与设备原子荧光光度计、砷空心阴极灯，北京吉天仪器有限公司；电子天平，赛多利斯科学仪器有限公司；微波消解仪，美国马修斯。1.3 试验方法1.3.1 样品消解称取样品 0.5 g 于 100 mL 聚四氟乙烯内筒，加入 10 mL 硝酸，置于微波仪上消解，消解完毕后赶酸至近干，用超纯水转移至 10 mL 容量瓶中，加浓盐酸 0.5 mL，10%抗坏血酸+硫脲混合液 1 mL，定容后混匀，40 水浴 30 min 后上机分析，同时进行空白试验。1.3.2 标准溶液配制标准溶液配制如表 1 所示。表 1 砷标准溶液配制原始浓度取用量/mL 定容体积/mL 新配制标液浓度1 000 gmL-11.010010 gmL-110 gmL-10.110100 ngmL-1100 ngmL-1（标准使用液）0.1101.0 ngmL-10.2102.0 ngmL-10.4104.0 ngmL-10.8108.0 ngmL-11.01010.0 ngmL-11.3.3 仪器条件光电倍增管电压为 270 V；砷空心阴极灯电流为60 mA/30 mA；原子化器高度为 8 mm；氩气流速为载气 400 mLmin-1，屏蔽气流量 800 mLmin-1；读数延迟时间 0.5 s；读数时间 8 s；读数方式为峰面积；测量方式为荧光强度。1.3.4 结果计算总砷含量计算公式为1000c VXm=（1）式中：X 为试样中总砷的含量，mgkg-1；c 为试样被测液中总砷的测定浓度，ngmL-1；V 为定容体积，mL；m 为试样质量，g；1 000 为换算系数。2 结果与分析2.1 测量结果按照 1.3.1 分别对高粱、大米、糯米、小麦和玉米 5 种酿酒用原料粮进行 6 个平行样测定，按照公式（1）计算总砷含量，结果取平均值，分别为高粱 0.028 3 mgkg-1、大米 0.113 9 mgkg-1、糯米 0.087 8 mgkg-1、小麦 0.014 7 mgkg-1、玉米（加标）0.040 9 mgkg-1。原料粮食中大米和糯米的总砷含量最高，其次是高粱和小麦，玉米总砷含量最低，几乎可以忽略，通过加标评定此次测量带来的不确定度。侯双迪等6研究发现水稻根部对砷的毒性很敏感，根部在被污染的土壤中很容易吸收砷，本次研究试验再一次印证了农作物水稻易吸收砷。2.2 不确定度来源的识别根据总砷含量测量过程和测量结果可识别不确定度来源，包括称样量 m、定容体积 V、被测液中总砷的测定浓度 c 和测量重复性等，而被测液中总砷的测定浓度的不确定度又由标准曲线拟合及标准溶液配制所引起的不确定度组成，绘制因果关系图，见图 1。容量瓶准确性天平的校准mVc样品均匀性响应值复现标准溶液配制稀释纯度重复性样品消解人员操作标准曲线温度图 1 不确定度因果关系2.3 不确定度分量的评定与分析2.3.1 样品称量带来的不确定度样品称量 0.5 g，采用万分之一天平，电子天平经检定后使用，经查该电子天平（Max=220 g）检定证书，其（0 50 g）误差为 0.2 mg，按照矩形分布，取3k=，则标准不确定度为()0.000 23u m=0.000 115 5 g，相对标准不确定度为()rel0.000 115 10.000.52503um=2.3.2 样品定容体积带来的不确定度样品处理后，定容至 10 mL 容量瓶中，根据常用玻璃量器检定规程（JJG 1962006）7，10 mL 的 A 级容量瓶允差为 0.020 mL，按矩形分布取3k=，其标准不确定度为()10.011 55 mL0.0203u v=需要考虑温度对液体体积变化的影响，已知水的74 食品安全导刊 2023年8月（下）分析检测膨胀系数为=2.110-4-1，设试验温度在（205）波动，在 20 时，用 10 mL 容量瓶校准，按矩形分布取3k=，则标准不确定度为()21053u v=0.006 06 mL，则样品定容体积标准不确定度和相对标准不确定度为()()()120.013 04 mLu vuvuv=+=和()()rel 10.001 3 400u vuv=。2.3.3 被测液中总砷测定浓度引入的不确定度5 种原料粮被测液中总砷测定浓度的不确定度主要与标准溶液配制的不确定度和标准曲线拟合的不确定度有关。（1）标 准 溶 液 配 制 的 不 确 定 度。由标 液 纯 度 P 产 生 的 不 确 定 度。砷 标 准 溶 液（1 000 gmL-1）证书给出的误差为 10 gmL-1，按照矩形分布，取3k=，则标准不确定度为()103u P=5.773 7 gmL-1，相对标准不确定度为()rel5.773 7=0.005 7731 000uP=。由标液稀释产生的不确定度。经查使用的移液枪（规格型号为 100 1 000 L）检定校准证书中所标注的分度值允许误差为 1 000 L1.0%、100 L2.0%。根 据 JJG 1962006，100 mL 的 A 级 容 量 瓶 允 差 为 0.10 mL，10 mL 的 A 级 容 量 瓶 允 差 为 0.020 mL，按 2.3.2方式计算，得到相对标准不确定度分别为移液枪（1 000 L）urel(d)=0.005 805、移液枪（100 L）urel(g)=0.011 56、容量瓶（100 mL）urel(r)=0.000 837、容量瓶（10 mL）urel(w)=0.001 304，则由稀释产生的不确定度由 4 个不确定度分量按下式合成得到()()()()()2222relrelrelrelrel0.013 03uuduguruw=+=稀（2）标 准 曲 线 拟 合 引 入 的 不 确 定 度。配 制 1.0 ngmL-1、2.0 ngmL-1、4.0 ngmL-1、8.0 ngmL-1和 10.0 ngmL-1砷标准溶液 5 个标准浓度点产生的不确定度，使用线性最小二乘法拟合曲线，这里仅计算荧光强度值随机变异产生的不确定度。从同一储备溶液中逐级稀释产生的不确定度有必然的相关性，且远小于荧光强度值的不确定度，故可以忽略。测量砷标准溶液 5 个标准浓度点，分别进行 3 次测定，1.0 ngmL-1荧 光 强 度 值 结 果 为 223.92、228.48、221.61；2.0 ngmL-1荧 光 强 度 值 结 果 为 423.93、426.59、435.68；4.0 ngmL-1荧 光 强 度 值 结 果 为866.34、857.25、859.03；8.0 ngmL-1荧 光 强 度 值结 果 为 1 778.67、1 764.93、1 778.10；10.0 ngmL-1荧光强度值结果为 2 236.43、2 225.67、2 211.10。将其算术平均值作为最后测定结果，拟合曲线为A=223.299 3c13.982 7，r=0.999 9。其中，样品的砷浓度由标准曲线求得，其浓度引入的不确定度计算过程8见公式（2）和公式（3）5。标准溶液响应值残差的标准偏差为()20112njjjABBcSn=+=13.72 （2）式中：n 为标准溶液总的测定次数，n=15；B1为标准曲线斜率，B1=223.299 3；B0为标准曲线截距，B0=-13.982 7；Aj为标准溶液响应值测得值；cj为标准溶液浓度值。标 准 溶 液 的 平 均 浓 度 为njjcCn=标5.000 ngmL-1，标 准 溶 液 浓 度 残 差 的 平 方 和 为()21nxxjjScC=标180.0 ngmL-1。从标准曲线上得到样品砷浓度 c0的过程中引入的标准不确定度为()()020111xxcCSu cBPnS=+标（3）式中：P 为测量 c0的次数；n 为标准溶液总的测定次数。对 5 种粮食样品溶液中的砷浓度分别进行了 6 次测定，引入的不确定度结果如表 2 所示。2.3.4 重复性的不确定度重复性的不确定度主要表现在样品的均匀性、前处理过程、人员操作水平及原子荧光响应值方面，这些因素最终反映到样品测量重复性上。在重复性条件下对高粱、大米、糯米、小麦和玉米 5 种粮食分别进行 6 次独立重复测定，将其算术平均值作为最后测定结果。采用 JJF 1059.120122中贝塞尔公式（4）得到标准偏差 s(x)，再利用公式（5）计算得到重复性相对标准不确定度分量 urel(s)，结果见表 3。()()211niixxs xn=（4）()rel6SusX=（5）2.4 相对合成标准不确定度根据2.3中各相对标准不确定度分量值，按公式（6）得到相对合成标准不确定度urel(x)分别为高粱0.034 48、Aug.2023 CHINA FOOD SAFETY 75分析检测大米 0.019 65、糯米 0.016 82、小麦 0.054 55、玉米 0.024 98，按照公式（7）得到样品中总砷含量的合成标准不确定度 u(x)分别为高粱 0.000 98、大米 0.002 24、糯米 0.001 48、小麦 0.000 80、玉米 0.001 02。()()()()()()()2222relrelrelrelrel1222rel0reluxumuvuuPucuS=+稀（6）()()relu xuxX=（7）不同不确定度分量的大小可以用直方图的形式比较，将各分量的值用直方图表示，如图 2 所示。由图 2 可知，5 种粮食中总砷含量不确定度主要来自标准曲线拟合、标准溶液稀释、测量重复性，标准曲线引入的不确定度在小麦中贡献比较突出，其次是高粱和玉米。表 2 样品溶液砷浓度不确定度原料粮总砷浓度测定值 c0/（ngmL-1）平均值 c0/（ngmL-1）标准不确定度 u(c0)/（ngmL-1）相对标准 不确定度 urel(c0)平行 1平行 2平行 3平行 4平行 5平行 6高粱1.4531.3851.3551.4751.5401.3841.4320.033 880.023 66大米5.7055.8095.6725.7295.5156.0405.7450.029 870.005 20糯米4.4204.5494.4094.3294.5264.3544.4310.029 790.006 72小麦0.7760.6820.7630.7910.7400.6990.7420.035 510.047 87玉米（加标）2.0852.0152.0982.1352.1171.9742.0710.032 570.015 73表 3 总砷含量重复性相对标准不确定度计算结果原料粮总砷含量测定值/（mgkg-1）平均值/（mgkg-1）标准偏差s(x)相对标准偏差相对标准 不确定度 urel(s)平行 1平行 2平行 3平行 4平行 5平行 6高粱0.029 0 0.027 3 0.026 5 0.029 4 0.030 2 0.027 50.028 30.001 430.050 40.020 6大米0.113 60.114 10.112 70.112 9 0.109 9 0.120 30.113 90.003 450.030 30.012 4糯米0.088 1 0.089 2 0.087 6 0.086 2 0.088 9 0.086 50.087 80.001 230.014 00.005 7小麦0.015 3 0.013 6 0.015 2 0.015 5 0.014 6 0.013 90.014 70.000 790.053 70.021 9玉米（加标）0.041 2 0.040 0 0.041 4 0.042 5 0.041 6 0.038 80.040 90.001 310.032 10.013 1样品称量样品定容标液稀释标住曲线重复性标液纯度合成不确定度00.02小麦玉米（加标）糯米大米高粱不确定度原料量0.040.06图 2 5 种粮食中总砷含量测定的各分量|u(y,xi)|不确定度2.5 扩展不确定度及结果表示在 95%的置信区间下，包含因子 k=2，扩展不确定度按 U=ku(x)计算，5 种粮食样品的扩展不确定度及结果表示分别为高粱（0.028 30.002 0）mgkg-1、大米（0.113 90.004 5）mgkg-1、糯米（0.087 8 0.003 0）mgkg-1、小麦（0.014 70.001 6）mgkg-1、玉米（加标）（0.040 90.002 0）mgkg-1。3 结论本研究对氢化物原子荧光法测定 5 种粮食中总砷含量的不确定度进行了评定，通过分析发现由标准曲线拟合引入的不确定度分量最大，标准溶液稀释和测量重复性引入的不确定度分量较大，样品称量引入的不确定度分量最小。因此，在日常检测过程中需要重点控制标准曲线和标液稀释带来的误差，可通过提升检验员操作技能、加强设备维护保养、提高仪器灵敏度，减少测量结果的不确定度，从而使结果更加准确。参考文献1 陈强.砷的危害及其污染治理技术 J.福建农业科技,2017(6):67-69.2 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局.测量不确定度评定与表示:JJF 1059.12012S.北京:中国标准出版社,2012.（下转第 79 页）Aug.2023 CHINA FOOD SAFETY 79分析检测的标准品，一般存放温度在05，有效期为1个月；浓度为 0.5 1.0 mgL-1的标准品，一般存放温度在0 5，有效期为 2 3 周。（2）实验室管理标准溶液应该做到规范并且可追溯，应建立标准物质管理台账和配制领用台账。每种标准品都能溯源到所购买标准品的标准证书。（3）标准品在配制时应逐级稀释，做到现配现用，应使用在保质期内且新开封的标准品，避免标准品放置时间过久出现浓度变化的情况。（4）当标液浓度与样品的浓度相差较大时若使用单点校准，容易导致结果偏差较大，因此本实验采用五点校准。3.5检测过程中质量控制先做试剂空白，根据空白值高低来判断试剂是否有问题或者是器皿是否被污染。质量控制加标时尽量使用混标进行添加，避免因添加溶剂体积过大而对结果造成影响。回收率试验时，可用样品空白进行添加，添加的浓度应尽量与考核样品初步定量一致，以确保数据结果的准确性。3.6仪器设备维护在接到能力验证通知时，检测人员应对仪器设备进行全方位维护5，对仪器状态有清晰的把握，及时确定仪器设备的准确度、灵敏度、稳定性等各项关键参数。可将新配制的标准溶液进行上机测定，与之前记录的标准溶液响应值进行比较，响应值一致，则表明仪器设备正常，否则需一一排查是否需要更换色谱柱、更换进样隔垫、清洗离子源等，最终使设备处于最佳运行状态。3.7数据处理（1）在日常实验中，需要加强实验的前处理过程，否则容易出现结果不平行、回收率偏高或偏低等。如若出现两个样品结果不平行的情况，首先要排除仪器问题，再排查前处理环节问题。（2）原始记录应及时填写，不能补记；所填写的信息应该完整并且可追溯；填写有效数字的数位要正确，并且使用国家规定的法定计量单位；有效数字计算应符合有效数字运算规定；数值修约应符合GB/T 81702008 标准的规定；农药残留和农药污染物检测的计算结果一般保留 2 位有效数字，若含量超过 1 mgL-1时，保留 3 位有效数字。4结论农药残留能力验证结果是否合格直接反映了实验室是否具备农药残留检测能力。要想顺利通过能力验证，检验人员应夯实基本功，规范各项操作规程，不断分析总结，提升检测水平，最终为农产品质量安全以及人们的身体健康提供保障。本文以福建省农业农村厅组织的农产品农药残留能力验证为例，分享整个实践过程中应注意的各项关键点，旨在于加强交流学习，为农产品农药残留检测机构提高能力验证水平提供参考和借鉴。参考文献1 郭华.草萘胺对土壤环境的影响以及农药多残留分析方法研究 D.南京:南京农业大学,2007.2 张文静.西葫芦中 3 种有机磷农药残留检测能力验证实践 J.农业科技与信息,2022(22):90-94.3 鲍小明,胡涛,胡春.浅析宁夏农产品检测技术能力验证工作 J.宁夏农林科技,2020,61(11):23-24.4 国家卫生健康委员会,农业农村部,国家市场监督管理总局.食品安全国家标准 植物源性食品中 331 种农药及其代谢物残留量的测定 液相色谱-质谱联用法:GB 23200.1212021S.北京:中国标准出版社,2021.5 陈世武.农产品农药残留检测能力验证存在的问题及关键控制点 J.农业工程技术,2023,43(2):79-80.3 臧慕文.分析测试不确定度的评定与表示()J.分析试验室,2005(11):79-84.4中华人民共和国国家卫生和计划生育委员会.食品安全国家标准 食品中总砷及无机砷的测定:GB 5009.112014S.北京:中国标准出版社,2014.5 国家认证认可监督管理委员会.化学分析中测量不确定度评估指南:RB/T 0302020S.北京:中国标准出版社,2020.6 侯双迪,王鑫,邵娟娟,等.食品中重金属砷的危害及其检测方法 J.农产品加工,2017(7):39-40.7 国家质量监督检验检疫总局.常用玻璃量器检定规程:JJG 1962006S.北京:中国计量出版社,2006.8 黄赤忠,李枝明,刘贤标.氢化物原子荧光法测定大米中总砷含量的不确定度评定 J.食品安全质量检测学报,2021,12(6):2258-2263.（上接第 75 页）